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电子器件可靠性对汽车设计至关重要

Sam Holland 2019-07-17

可靠性正逐渐成为安全和成本密集型汽车应用程序的首要任务,在每辆汽车的使用寿命期间这些应用程序要求零件故障率为零。事实上,可靠性是贯穿现代工程各个方面的关键考虑因素。请注意,此处的“可靠性”一词是指器件或系统在发生故障之前在允许的操作条件下按预期运行的能力。sbk电子头条

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汽车设计的复杂性不断提高sbk电子头条

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在汽车工业中,随着新功能的增加,个人和商用车发动机罩下的电子元件数量也在增加以增强驾驶体验。许多这些系统利用半导体器件进行操作。例如,高级驾驶员辅助系统(ADAS)提供车道偏离警告功能,该功能使用一系列传感器用于位置定位和驾驶员困倦检测系统  (其使用摄像头进行高级面部识别)。此外,汽车中的现代信息娱乐系统使用功率放大器、IC和其他器件来提供音频和视频功能,以使最终用户感到舒适。sbk电子头条

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领先的汽车制造商依靠半导体制造商大批量生产高可靠性IC、MOSFET、光电传感器和其他元件。这些器件需要在无故障的情况下保持长时间工作,因为替换可能代价高昂且/或执行起来很复杂。sbk电子头条

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拿着印刷电路板的工程师。图片由Pixabay提供。sbk电子头条

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汽车工业零部件故障的高成本sbk电子头条

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仅美国,汽车市场价值7520亿美元,从1990年到2018年,汽车产量达到1750万辆。在英国《卫报》报告称  ,2019年第一季度汽车制造业的投资额为5.886亿英镑。在竞争激烈的行业中,汽车制造商通过生产在效率、安全性、速度和驾驶员友好性方面与竞争对手的车型相竞争的产品,努力获得并保持公平的市场份额。当然,如果由于部件故障导致车辆出现故障和其他效率低下的情况,这不仅会严重影响公司的声誉还会影响其销售。sbk电子头条

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例如,据报道,奥迪在其高端车辆中使用了约7000个半导体设备,每天生产4000辆汽车。这些器件的可靠性至关重要,因为器件或整个系统的故障将使公司召回数千种产品,代价是严重的经济损失。随着全自动汽车的出现,部件的可靠性比以往任何时候都更加重要:这些车辆的自动驾驶功能毕竟非常依赖于芯片制造商的产品。事实上,Statista预测,到2030年,汽车电子产品将占全球汽车总成本的50%。sbk电子头条

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减少汽车电子设备的故障sbk电子头条

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为了生产在车辆使用寿命期间实现零故障的零件,制造商应考虑以下事实:从设计开始(系统级)到产品开发生命周期(生产和制造)必须保证质量;必须精确控制生产过程以消除(或至少严重限制)材料中产生缺陷的变化,否则可能导致故障;必须进行广泛的测试,以确保器件在各种操作条件下都能可靠地运行。sbk电子头条

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过程控制、监控和测试sbk电子头条

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统计过程控制(SPC)和Six-sigma方法可应用于半导体制造,以最大限度地减少过程变化并确保稳定性。过程控制对于防止晶圆级缺陷至关重要,否则可能导致元件故障。用于使产量损失最小化的行业标准技术是使用统计箱限制(SBL)。SBL有助于在晶圆分类或最终测试期间检测半导体材料中的异常行为。在存在问题的情况下,可以启动8D问题解决方法以进行根本原因分析以及找到短期和长期解决方案。 sbk电子头条

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过程监控和测试包括所有提供实时监控基本工艺参数的方法,例如晶圆厚度及其线宽和耐腐蚀涂层。坏集群(GDBC)方法中的良好模具识别出工作模具被坏的或失败的模具包围的情况。零件平均测试(PAT)以识别每个管芯中可能影响最终芯片稳定性的物理缺陷。因此,可以通过分析“异常值”来防止材料缺陷,即表现出超出规定质量范围的特性的材料部分。sbk电子头条

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安全考虑因素sbk电子头条

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随着新型汽车设计复杂度的提高以及对全自动汽车的牵引力,必须通过满足新的安全要求来降低事故风险。实际上,汽车制造商必须确保越来越严格的要求适用于其原始设备制造商提供的高可靠性部件。因此,新车型中的驾驶员辅助功能存储在高可靠性部件上实现物体检测、位置映射和驾驶员检测的精确性。同样,自动驾驶汽车依赖于其软件和硬件的准确性和可靠性,目的是以零事故风险运输所有乘客。sbk电子头条

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代表智能汽车用户界面的图形。图片由Pixabay提供。sbk电子头条

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减轻故障sbk电子头条

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尽管先进制造技术、统计过程控制和广泛测试取得了长足进步,但可靠性是准确预测的复杂质量。在使用过程中仍然存在导致组件故障的误差。因此,汽车制造商必须使用可能比其车辆寿命更长的部件;或至少,他们必须通过设计允许快速简便地更换部件的系统来计划故障缓解。无论如何,最终的目标是确保这些组件按预期运行,并尽可能长时间运行。sbk电子头条